Przekształtnik SiC DC-DC z transformatorem macierzowym do pokładowych ładowarek baterii akumulatorów taboru 3kV DC

• Autorzy: Pietryka Jędrzej , Adamowicz Marek , Krzemiński Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.03.07

Warianty tytułu

EN

SiC DC-DC converter with matrix transformer for on-board battery chargers for 3kV DC railway rolling stock

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Baterie akumulatorów pojazdów trakcyjnych zapewniają zasilanie krytycznych systemów, takich jak sterowanie i oświetlenie. Zgodnie z wymaganiami przemysłu kolejowego, pokładowa ładowarka baterii akumulatorów powinna być urządzeniem kompaktowym, wysokosprawnym, a jednocześnie wysoce niezawodnym. W referacie, do pokładowego ładowania akumulatorów pociągu zaproponowano kompaktowy przekształtnik SiC DC-DC z transformatorem macierzowym 16:1, zintegrowany z główną przetwornicą pomocniczą pociągu o konstrukcji dachowej. Cały system przetwornicy głównej ze zintegrowaną ładowarką zapewnia przetwarzanie energii z poziomu 3kV DC do poziomu 24V przy zachowaniu wysokiej sprawności.

EN

Railroad vehicle batteries provide power to critical systems such as controls and lighting. In accordance with the requirements of the railway industry, the on-board battery charger should be compact, highly efficient, and, at the same time, highly reliable. In the paper, a compact DCDC SiC converter with a matrix transformer integrated with the roof-mounted main auxiliary power converter of the train was proposed for on-board charging of train batteries. The system ensures reliable energy conversion from 3kV DC to 24V while maintaining high efficiency.

Słowa kluczowe

PL

izolowany przekształtnik DC-DC; SiC MOSFET; transformator macierzowy; pokładowa ładowarka akumulatorów

EN

isolated DC/DC converter; SiC MOSFET; matrix transformer; on-board battery charger

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 3
• Strony: 45--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pietryka Jędrzej

• MMB Drives Sp. z o.o., ul. Maszynowa 26, 80-298 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0002-5226-146X

autor

Adamowicz Marek

• Politechnika Gdańska, Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego i Konwersji Energii, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0003-0561-8697

autor

Krzemiński Zbigniew

• Zbigniew Krzemiński, MMB Drives Sp. z o.o., ul. Maszynowa 26, 80-298 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0001-6191-308X

Bibliografia

• [1] Ocklenburg M. A., Döhmen M., Wu X. Q., Helsper M., Next generation DC-DC converters for auxiliary power supplies with SiC MOSFETs, Proc. IEEE International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, Ship Propulsion and Road Vehicles & International Transportation Electrification Conference (ESARS-ITEC) (2018) 1-6
• [2] Battery Charger Bordline BC - Compact battery charger module for all rolling stock applications, ABB Switzerland Ltd (2020), źródlo: https://new.abb.com/power-convertersinverters/pl/przeksztaltniki-trakcyjne/przeksztaltnikipomocnicze-bordline-m/ladowarki-akumulatorow-bordline-bcdla-wszystkich-typow-pojazdow-szynowych [2022-07-22]
• [3] Adamowicz M., Szewczyk J. SiC-based power electronic traction transformer (PETT) for 3 kV DC rail traction, Energies, 13 (2020), No. 21, 5573
• [4] G. Bolton. “Auxiliary power systems for rolling stock”, Proc. IET 13th Professional Development Course on Electric Traction Systems (2014), 125-134
• [5] Ramachandran R., Nymand M., Østergaard C., Kjeldsen C., Kapino, G., High efficiency 20kW SiC based isolated dc-dc converter for battery charger applications, Proc. 20th IEEE European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'18 ECCE Europe) (2018), 1-9
• [6] Ramachandran, R., Nymand M., Experimental demonstration of a 98.8% efficient isolated DC–DC GaN converter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64(2017), No. 11, 9104-9113
• [7] Makda I. A., Nymand M., Comparison of Common-Mode EMI Noise in a Phase-Shifted and Hard-Switched Full-Bridge Forward Converters, Proc. 23rd IEEE European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'21 ECCE Europe) (2021), 1-9
• [8] Korkh O., Blinov A., Vinnikov D., Shevchenko V., Optimization and Design of Planar Transformer for the High Frequency Link Converter, Proc. IEEE 11th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG) (2020), 615-620
• [9] Grzejszczak P., Opis procesu wyłączania tranzystora MOSFET w przekształtnikach wysokiej częstotliwości. Przegląd Elektrotechniczny, 92(2016) Nr 5, 171-174.
• [10] Adamowicz M., Paweł S., Krzemiński Z., Guziński J., Elementy analizy RAMS i cyklu życia napędów nowej generacji w układzie e-transformatora realizowanych w technologii SiC do elektrycznych zespołów trakcyjnych, XVIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa z Zakresu Trakcji Elektrycznej SEMTRAK (2018), 1-14.
• [11] Williams R., Grant D. A., Gowar J., Multi-element (matrix)transformers for switched-mode power supplies, Proc. Eighth IEEE Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition (1993), 579-583
• [12] Williams R., Grant, D. A., Gowar J., Multielement transformers for switched-mode power supplies: toroidal designs, IEE Proceedings B (Electric Power Applications) 140(1993), No. 2, 152-160
• [13] Jafari A., Nikoo M. S., Karakaya F., Perera N., Matioli E., 97.4%-efficient all-GaN dual-active-bridge converter with high step-up high-frequency matrix transformer, Proc. International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management (PCIM)(2020), 1-8.
• [14] Jafari A., Pushing the Limits of Efficiency and Power Density in High-Frequency Power Conversion Based on Wide-Band-Gap Technologies, EPFL PhD THESIS No 8942 (2021).
• [15] Niewiara Ł. J., Tarczewski T., Skiwski M., Grzesiak, L. M., 9 kW SiC MOSFET based DC/DC converter, Proc 17th IEEE European Conference on Power Electronics and Applications EPE'15 ECCE-Europe (2015), 1-9.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).